锂电池培训教材PPT课件

1,培训教材,2,培训提纲,电池基础锂离子电池基础锂离子电池相关检测星恒的质量控制及安全保证、测试标准及结果锂离子电池及电池组的性能电池组的结构设计及接口锂离子电池的储藏和运输常见问题和解答,3,电池基础,电池的历史电池的构成电池的分类常见可充电电池性能比较各类电池的市场分额和发展,4,电池基础知识,1电池的发展简史：,公元前100公元100年电池原形,1800年,1900年,2000年,17801791发明伽尼尔电池,1800年伏特发明电池,1833年发现法拉第法则,1836年发明丹尼尔电池,1859年发明铅酸电池,1868年发明干电池,1899年发明Ni-Cd蓄电池,1901年发明Ni/Fe电池,1951年发明密封Ni-Cd电池,1990年发明锂离子电池,1995年发明聚合物电解质锂离子电池,5,2电池的要素和组成：,电池基础知识,电极负极：通常将电池电极中电压较低的一极称为负极正极：通常将电池电极中电压较高的一极称为正极隔膜：在电池中，防止正负极间电子导通，而又能让离子通过（离子传导）的隔离材料，一般为多孔薄膜材料电解质溶液（电液）：在电池内正负极间提供离子传输作用其他构件：如外壳，极柱，密封件等,6,电池基础知识,3电池的分类：,另外还有燃料电池、太阳能电池等等,7,电池基础知识,4常见可充电电池性能比较：,8,电池基础知识,5各类二次电池的市场份额和发展：,9,锂离子电池基础,锂离子电池“前世今生”锂离子电池工作原理锂离子电池基本结构锂离子电池的优点和缺点锂离子电池应用领域锂离子电池的进一步发展,10,锂离子电池基础知识,1锂离子电池的“前世今生”：,锂离子电池是20世纪90年代开发成功的新型高能电池。锂离子电池的“前世”：早期负极为金属锂的“锂电池”，但金属锂的化学活性太大，充电时产生的枝晶会使电池短路，目前尚未真正解决其安全问题。锂离子电池的“今生”：锂离子电池名称开始于日本企业，针对含金属锂负极的锂二次电池而言，1991年由索尼公司率先实现商业化。采用可嵌锂碳材料为负极，正极采用含锂的过渡金属氧化物，利用溶有锂盐非水溶剂作为电介质。,11,Secondary(rechargeable)batteries,Lithium-ionbattery,Cathode(LiMexOy)LiCoO2-utilizedforcommercialbatteriesLiNiO2,LiMn2O4-prospective,Anode(CLix),12,锂离子电池基础知识,3锂离子电池基本结构：,13,星恒电源10Ah电芯解剖示意图,14,锂离子电池基础知识,4锂离子电池的优点和缺点：,锂离子电池重量轻、体积小，寿命长，没有记忆效应，具备良好的温度特性，同时由于没有重金属污染、没有毒性物质，是新一代环保型绿色电池。被业界称之为“终极电池”,缺点：锂离子电池价格相对昂贵，发展时间短，制造工艺的成熟性不如铅酸，镍镉及镍氢电池，但随时间的推移，锂离子电池的制造工艺会越来越成熟，价格也会逐渐降低。,15,锂离子电池基础知识,5液态锂离子电池与聚合物锂离子电池的异同：,相同点：正负极活性物质相同电池工作原理相同单体电池工作电压相同不同点：液态锂离子电池的电解液是液态的有机电解液，聚合物锂离子电池的电解质是将液态的有机电解液吸附在一种聚合物基质上，所以被称为凝胶聚合物电解质。优缺点比较：液态锂离子电池的功率较聚合物锂离子电池大的多，反映在电动自行车上，液态比聚合物有更强的爬坡能力；液态锂离子电池的价格较聚合物锂离子电池便宜。聚合物锂离子电池由于不存在游离的电解液，不存在漏液的情况。,16,锂离子电池基础知识,6液态软包装、凝胶聚合物和液态锂离子电池的安全性：,目前市场上大量出现的是液态软包装电池，液态软包装电池内部电化学体系和金属壳包装电池一样。优缺点比较：采用液体电解液，因此在大电流放电等性能上也不错。由于采用软包装，包装较易损坏，在一些振动频繁的应用领域，如电动自行车等，需要谨慎。,17,锂离子电池基础知识,7电池的一致性问题：单体电池不存在一致性问题，一致性问题主要集中在电池组中，影响电池组一致性的主要因素是电池的自放电，内阻，电池中电池的数量，有无均衡线路等。同样容量和电压的电池组，锂离子电池数量最少，对一致性要求越低。星恒公司通过一系列严格的质量控制和工艺改进手段，极大了提高了电芯的一致性。目前生产的锂离子电池的月自放电均小于10，且电池间的差异很小，通过采用独家均衡线路技术，更进一步提高了一致性。,18,锂离子电池基础知识,8镍氢（Ni/MH）电池的简介：镍氢电池的工作电压为1.2V，无铅酸，镉镍电池的重金属污染问题，也属于绿色环保型电池，但与锂离子电池相比，镍氢电池的工作电压只有锂离子电池的1/3，同样一个电池镍氢电池需要的单体电池的数量是锂离子电池的3倍，重量是锂离子电池的2倍左右，循环寿命也比锂离子电池短。另外镍氢电池充电过程中发热严重，无法长期在高温调节下使用。低温性能不如锂离子电池，高倍率放电性能不如镉镍电池和锂离子电池，而价格与锂离子电池相差无几。所以镍氢电池虽然发展时间较长，但其发展的速度和潜力已远远落后于锂离子电池。,19,20,9锂离子电池应用领域：,锂离子电池基础知识,21,星恒动力锂离子电池,22,10锂离子电池的进一步发展,锂离子电池基础知识,23,锂离子电池相关检测标准,UL1642，2054IEC61960国家标准企标,24,锂离子电池相关检测标准,电芯测试汇总,25,锂离子电池相关检测标准,电芯测试汇总,26,锂离子电池相关检测标准,电池组测试汇总,27,锂离子电池相关检测标准,电池组测试汇总,28,星恒电池质量控制及安全性保证,质量控制质量管理认证性能测试标准安全保证安全测试标准星恒电池安全测试结果及安全认证,29,几个层次的质量保证,材料选择工艺选择质量管理质量控制管理认证,30,星恒电池质量控制,质量控制对原材料供应商进行严格的考核开发部，品管部对样品的检测小批量试生产，并对其进行跟踪监测管理成品电池检验质量管理认证2006年3月通过DNV对于ISO9001-2000的外部审核，在5月取得相应证书,31,几个层次的质量保证,材料选择选择合格供应商选择有相关认证的部品，如UL、CCC、CE等工艺选择全自动设备与半机械化相结合质量管理、控制对原材料供应商进行严格的考核开发部，品管部对样品的检测小批量试生产，并对其进行跟踪监测管理成品电池检验（FQC检验规范）管理认证2006年3月通过DNV对于ISO9001-2000的外部审核,32,33,几个层次的安全性保证,材料的选择（正极、负极、电解液和隔膜）电芯级的安全保证电池组级的安全性保证安全性认证,34,锂电池的安全保证,（1）锂离子电池的核心元素：Li是非常活泼的金属元素。（2）锂离子电池的电解液是电导性差，可燃性、氧化还原性溶液（3）大容量对安全性要求更高（4）大功率放电对安全性要求更高（5）使用条件苛刻对安全性要求更高,1安全隐患的来源：,因此，动力型锂离子电池的安全性问题比一般的小型的锂离子电池更突出，要求更高。如何解决这一问题，得从材料、结构、保护电路入手。最后再通过科学的检测与权威的认证，如此才能把高效、安全的动力型锂离子电池，交到客户的手中。,35,2解决安全性问题的途径,材料入手A选用安全性更高的锰酸锂，磷酸铁锂等正极材料B合理的负极材料C选用更好温度特性的隔膜材料D选用更好温度特性，更高耐压，导电更好的电解液配方E合理的正负极材料比例,结构保证A采用层叠的极片和隔膜组合方式B采用更可靠的安全阀结构C减少电芯串并联的级数,可靠的外围电路A设计上保证外围电路的可靠性，作好失效分析，减少电芯极限条件工作的概率，使电芯工作在合理的条件下B从工艺和材料上保证电路的可靠性,严格的检测和监控,锂电池的安全保证,36,3星恒在电池安全性上所做的努力与成效：,正极材料：选用安全性能更好的LiMn2O4作为正极材料，星恒公司自主研发的表面改性的LiMn2O4材料有效解决了锰酸锂正极材料过充分子结构塌陷的问题，同时提高了导电性，使之更适用于动力型的场合。正常充电结束后，所有的Li都已经从正极嵌入了负极。即使电池进入了过充状态，正极材料已没有Li可以脱嵌，因而完全避免了锂枝晶的形成，保证了安全性。,锂电池的安全保证,负极材料：星恒电源有限公司选择了MCMB（中间相碳微球），是球形片层结构且表面光滑。MCMB的球形片层结构是种各向同性的结构（即球对称，对每一个方向而言都是一致、无差别的）。因此，Li可以从各个方向嵌入和脱嵌，解决了石墨类材料由于各向异性而引起的石墨片层过度溶胀、塌陷和不能大电流放电的问题。,隔膜：我们采用国际先进的Celgars2300PP-PE-PP三层复合膜。在电池内部温度达到130的情况下，PE膜孔闭合，电池内部断路，从而确保电池安全可靠。,37,过量的金属锂在负极还原，形成锂枝晶,过充时，无过量的金属锂在负极还原，不会形成锂枝晶,38,几种锂离子电池正极材料的综合比较,39,4有机电解液：,锂电池的安全保证,耐高压：防止在过充时，电解液被分解成气体引起爆炸隐患。高导电率：利于大电流放电，减小电流通过时的内阻，也即降低了电池的内热，避免引燃电解液。耐氧化性好：避免被正极材料氧化，生成大量气体引发爆炸危险。,5正负极配比：为避免负极C材料的孔隙被正极来的Li+填满，而正极的Li还未脱嵌完的情况。我们采用：负极料比正极料过量10%的安全保护措施，以杜绝过量的Li在负极表面形成锂枝晶，而造成的安全隐患。,40,传统的卷绕结构,我们的层叠结构,在大电流或高温情况下，隔膜具有热缩性质，120时隔膜面积缩小10%此时卷绕结构的电池将发生大面积的正负极直接短路，进一步恶化工作条件而我们在设计层叠结构时，已经将隔膜面积留10%的余量，即使隔膜发生热缩依然不会导致大面积的直接短路。,6结构设计：,锂电池的安全保证,41,弹簧片式安全阀随着使用时间的延长，弹簧的弹性会变化甚至消失。这样就无法保持电池在正常状态时的密封性能，电池的性能会很快衰减，安全性也无法保证。,金属薄片刻伤安全结构，它利用内压达到并超过刻痕部位的最大承受压力时，将其冲破实现卸压。但要想刻成能承受一定压力的伤痕本身就很难，刻伤部位承压也不均匀，且成本很高。,7安全阀结构,锂电池的安全保证,星恒新型安全阀结构,42,星恒锂离子电池的安全测试结果,43,1.正常的单体电池：型号：XH-10AH额定电压：3.7V额定容量：10AH最大放电电流：20A重量：约360克,星恒锂离子电池的安全测试结果,44,星恒锂离子电池的安全测试结果,2.单体电池的安全测试项目及测试方法,45,星恒锂离子电池的安全测试结果,3星恒锂离子电池的安全测试结果,46,平撞,侧撞,电池变形但没有安全问题,星恒锂离子电池的安全测试结果,撞击后的电池,47,侧挤,平挤,电池变形但没有安全问题,温度无明显变化,挤压后的电池,星恒锂离子电池的安全测试结果,48,电池鼓起但没有安全问题,星恒锂离子电池的安全测试结果,高温烘烤后的电池,49,电池鼓起但没有安全问题,星恒锂离子电池的安全测试结果,过充后的电池,50,电池鼓起但没有安全问题,短路后的电池,星恒锂离子电池的安全测试结果,51,钢针穿透电池,电池被穿透但没有安全问题,星恒锂离子电池的安全测试结果,针刺后的电池,52,单体电池,4总结：,星恒锂离子电池的安全测试结果,53,锂离子电池及电池组的性能,锂离子电池组充放电的性能电池及电池组保护板的功能电池组均衡管理系统的介绍,54,电池组的性能（一）,电池组(10串)的充电（2A恒流）曲线,55,电池组的性能（二）,电池组(10串)的放电（5A恒流）曲线,56,电池组保护板功能介绍（一),原理图,57,电池组保护板功能介绍（二),电池组保护板功能具体功能介绍：过充保护：串联的各节电芯里任意有1节电芯的电压高于4.25V时立即切断充电回路，直到低于4.05V再重新开启，但此阶段仍然可以正常放电。过放保护：串联的各节电芯里任意有1节电芯电压低于2.3V时立即切断放电回路，直到所有的电芯都高于3.0V时再重新开启，但此阶段仍然可以充电。过流保护：保护板设计过流保护（自恢复）规格有20A和30A客户可选。自恢复的定义就是当回路中的电流达到保护值（20A或30A）时，电池组管理系统将切断电池组对负载的供电，当回路中的过流负载消除时，电池组管理系统将恢复对负载供电。,58,保护板外观介绍(一),保护板外观尺寸:110(长)50(宽)25(厚),59,电池组均衡管理系统的介绍,电池组均衡管理系统设计的目的:保证各节电池荷电状态的一致.星恒均衡管理系统总设计思路:充电均衡,保证每只电芯都能充饱电.,电池组均衡管理系统设计原理图:,60,电池组的结构设计和接口,电池组的组成电芯的结构及参数电池组的结构设计电池组的充防电接口,61,电池组的组成,主要组成部分：1：电芯2：保护板3:均衡电路4：充电过流保险丝5：放电过流保险丝6:电放电门锁7:充电端8：放电端,62,电芯的结构及参数,63,电池组结构设计（一）,我们电池组电芯排列方式可以根据客户的要求进行任意的排列，但必须考虑到以下几点：,64,电池组结构设计（二）,10串的常见的排列方式:,5/5横排,一字排开,5/5竖排,65,电池组结构设计（三）,7串的常见的排列方式:,一字排开,3/4竖排,3/4横排,66,电池组结构设计（四）,结构设计特别注意事项:,电芯间必须采用1mm以上的泡棉进行绝缘